Penyakit kardiovaskularPelapisan SiCsedang membentuk ulang batas-batas proses manufaktur semikonduktor dengan kecepatan yang mencengangkan. Teknologi pelapisan yang tampaknya sederhana ini telah menjadi solusi utama untuk tiga tantangan inti yaitu kontaminasi partikel, korosi suhu tinggi, dan erosi plasma dalam manufaktur chip. Produsen peralatan semikonduktor terkemuka di dunia telah mencantumkannya sebagai teknologi standar untuk peralatan generasi berikutnya. Jadi, apa yang menjadikan pelapisan ini sebagai "pelindung tak terlihat" dari manufaktur chip? Artikel ini akan menganalisis secara mendalam prinsip-prinsip teknisnya, aplikasi inti, dan terobosan mutakhirnya.
Ⅰ. Definisi pelapisan CVD SiC
Pelapisan CVD SiC mengacu pada lapisan pelindung silikon karbida (SiC) yang diendapkan pada substrat melalui proses pengendapan uap kimia (CVD). Silikon karbida adalah senyawa silikon dan karbon, yang dikenal karena kekerasannya yang sangat baik, konduktivitas termal yang tinggi, kelembaman kimia, dan ketahanan suhu tinggi. Teknologi CVD dapat membentuk lapisan SiC dengan kemurnian tinggi, padat, dan ketebalan yang seragam, serta dapat sangat sesuai dengan geometri yang kompleks. Hal ini membuat pelapisan CVD SiC sangat cocok untuk aplikasi yang menuntut yang tidak dapat dipenuhi oleh material curah tradisional atau metode pelapisan lainnya.
Ⅱ. Prinsip proses CVD
Deposisi uap kimia (CVD) adalah metode produksi serbaguna yang digunakan untuk menghasilkan material padat berkualitas tinggi dan berkinerja tinggi. Prinsip inti CVD melibatkan reaksi prekursor gas pada permukaan substrat yang dipanaskan untuk membentuk lapisan padat.
Berikut adalah rincian sederhana dari proses CVD SiC:
Diagram prinsip proses CVD
1. Pengenalan Prekursor: Prekursor gas, biasanya gas yang mengandung silikon (misalnya, metiltriklorosilana – MTS, atau silana – SiH₄) dan gas yang mengandung karbon (misalnya, propana – C₃H₈), dimasukkan ke dalam ruang reaksi.
2. Pengiriman gas:Gas prekursor ini mengalir di atas substrat yang dipanaskan.
3. Adsorpsi: Molekul prekursor teradsorpsi ke permukaan substrat panas.
4. Reaksi permukaan: Pada suhu tinggi, molekul yang teradsorpsi mengalami reaksi kimia, yang mengakibatkan penguraian prekursor dan pembentukan lapisan SiC padat. Produk sampingan dilepaskan dalam bentuk gas.
5. Desorpsi dan pembuangan: Produk sampingan gas terlepas dari permukaan dan kemudian dikeluarkan dari ruang. Kontrol suhu, tekanan, laju aliran gas, dan konsentrasi prekursor yang tepat sangat penting untuk mencapai sifat film yang diinginkan, termasuk ketebalan, kemurnian, kristalinitas, dan daya rekat.
Ⅲ. Penggunaan Pelapis SiC CVD dalam Proses Semikonduktor
Pelapis CVD SiC sangat diperlukan dalam produksi semikonduktor karena kombinasi unik dari sifat-sifatnya secara langsung memenuhi kondisi ekstrem dan persyaratan kemurnian yang ketat dari lingkungan produksi. Pelapis ini meningkatkan ketahanan terhadap korosi plasma, serangan kimia, dan pembentukan partikel, yang semuanya penting untuk memaksimalkan hasil wafer dan waktu aktif peralatan.
Berikut ini adalah beberapa komponen umum berlapis CVD SiC dan skenario penerapannya:
1. Ruang Pengetsaan Plasma dan Cincin Fokus
Produk: Lapisan CVD SiC, kepala pancuran, susceptor, dan cincin fokus.
Aplikasi: Dalam plasma etching, plasma yang sangat aktif digunakan untuk menghilangkan material dari wafer secara selektif. Material yang tidak dilapisi atau kurang tahan lama akan cepat rusak, sehingga mengakibatkan kontaminasi partikel dan seringnya waktu henti. Pelapis CVD SiC memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap bahan kimia plasma yang agresif (misalnya, plasma fluorin, klorin, bromin), memperpanjang umur komponen ruang utama, dan mengurangi pembentukan partikel, yang secara langsung meningkatkan hasil wafer.
2.Ruang PECVD dan HDPCVD
Produk: Ruang reaksi dan elektroda berlapis CVD SiC.
Aplikasi: Deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (PECVD) dan CVD plasma kepadatan tinggi (HDPCVD) digunakan untuk mengendapkan lapisan tipis (misalnya, lapisan dielektrik, lapisan pasivasi). Proses ini juga melibatkan lingkungan plasma yang keras. Pelapis SiC CVD melindungi dinding ruang dan elektroda dari erosi, memastikan kualitas lapisan yang konsisten dan meminimalkan cacat.
3. Peralatan implantasi ion
Produk: Komponen garis sinar berlapis CVD SiC (misalnya, bukaan, cangkir Faraday).
Aplikasi: Implantasi ion memasukkan ion dopan ke dalam substrat semikonduktor. Sinar ion berenergi tinggi dapat menyebabkan sputtering dan erosi pada komponen yang terekspos. Kekerasan dan kemurnian tinggi CVD SiC mengurangi pembentukan partikel dari komponen garis sinar, mencegah kontaminasi wafer selama langkah doping yang kritis ini.
4. Komponen reaktor epitaksial
Produk: Suseptor berlapis CVD SiC dan distributor gas.
Aplikasi: Pertumbuhan epitaksial (EPI) melibatkan pertumbuhan lapisan kristal yang sangat teratur pada substrat pada suhu tinggi. Suseptor berlapis CVD SiC menawarkan stabilitas termal dan kelembaman kimia yang sangat baik pada suhu tinggi, memastikan pemanasan yang seragam dan mencegah kontaminasi pada susceptor itu sendiri, yang sangat penting untuk mencapai lapisan epitaksial berkualitas tinggi.
Karena geometri chip menyusut dan tuntutan proses meningkat, permintaan untuk pemasok pelapis CVD SiC berkualitas tinggi dan produsen pelapis CVD terus tumbuh.
IV. Apa saja tantangan dalam proses pelapisan CVD SiC?
Meskipun pelapisan CVD SiC memiliki banyak keunggulan, pembuatan dan penerapannya masih menghadapi beberapa tantangan proses. Memecahkan tantangan ini adalah kunci untuk mencapai kinerja yang stabil dan efektivitas biaya.
Tantangan:
1. Daya rekat pada substrat
SiC dapat menjadi tantangan untuk mencapai daya rekat yang kuat dan seragam pada berbagai bahan substrat (misalnya, grafit, silikon, keramik) karena perbedaan koefisien ekspansi termal dan energi permukaan. Daya rekat yang buruk dapat menyebabkan delaminasi selama siklus termal atau tekanan mekanis.
Solusi:
Persiapan permukaan: Pembersihan yang cermat dan perawatan permukaan (misalnya, etsa, perawatan plasma) pada substrat untuk menghilangkan kontaminan dan menciptakan permukaan yang optimal untuk ikatan.
Lapisan tengah: Menempatkan lapisan perantara atau lapisan penyangga yang tipis dan disesuaikan (misalnya, karbon pirolitik, TaC – mirip dengan pelapisan CVD TaC dalam aplikasi tertentu) untuk mengurangi ketidaksesuaian ekspansi termal dan meningkatkan adhesi.
Mengoptimalkan parameter deposisi: Kontrol suhu deposisi, tekanan, dan rasio gas secara hati-hati untuk mengoptimalkan nukleasi dan pertumbuhan film SiC serta meningkatkan ikatan antarmuka yang kuat.
2. Tekanan dan Retak pada Film
Selama pengendapan atau pendinginan berikutnya, tegangan sisa dapat berkembang dalam film SiC, yang menyebabkan retak atau melengkung, terutama pada geometri yang lebih besar atau kompleks.
Solusi:
Kontrol Suhu: Mengontrol laju pemanasan dan pendinginan secara tepat untuk meminimalkan kejutan dan tekanan termal.
Pelapisan Gradien: Gunakan metode pelapisan multilapis atau gradien untuk mengubah komposisi atau struktur material secara bertahap untuk mengakomodasi tekanan.
Anil Pasca-Deposisi: Anil bagian yang dilapisi untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan integritas film.
3. Konformitas dan Keseragaman pada Geometri Kompleks
Menerapkan lapisan tebal dan konformal yang seragam pada bagian dengan bentuk yang rumit, rasio aspek yang tinggi, atau saluran internal dapat menjadi sulit karena keterbatasan dalam difusi prekursor dan kinetika reaksi.
Solusi:
Optimasi Desain Reaktor: Merancang reaktor CVD dengan dinamika aliran gas yang dioptimalkan dan keseragaman suhu untuk memastikan distribusi prekursor yang seragam.
Penyesuaian Parameter Proses: Menyesuaikan tekanan deposisi, laju aliran, dan konsentrasi prekursor untuk meningkatkan difusi fase gas ke dalam fitur yang kompleks.
Deposisi multi tahap: Gunakan langkah pengendapan berkesinambungan atau perlengkapan berputar untuk memastikan semua permukaan terlapisi dengan baik.
V. Tanya Jawab Umum
Q1: Apa perbedaan inti antara CVD SiC dan PVD SiC dalam aplikasi semikonduktor?
A: Pelapis CVD adalah struktur kristal kolom dengan kemurnian >99,99%, cocok untuk lingkungan plasma; pelapis PVD sebagian besar bersifat amorf/nanokristalin dengan kemurnian <99,9%, terutama digunakan untuk pelapis dekoratif.
Q2: Berapa suhu maksimum yang dapat ditahan lapisan tersebut?
A: Toleransi jangka pendek 1650°C (seperti proses anil), batas penggunaan jangka panjang 1450°C, melebihi suhu ini akan menyebabkan transisi fase dari β-SiC ke α-SiC.
Q3: Kisaran ketebalan lapisan yang umum?
A: Komponen semikonduktor sebagian besar berukuran 80-150μm, dan lapisan EBC mesin pesawat dapat mencapai 300-500μm.
Q4: Apa saja faktor utama yang memengaruhi biaya?
A: Kemurnian prekursor (40%), konsumsi energi peralatan (30%), kehilangan hasil (20%). Harga satuan pelapis kelas atas dapat mencapai $5.000/kg.
Q5: Siapa saja pemasok global utama?
A: Eropa dan Amerika Serikat: CoorsTek, Mersen, Ionbond; Asia: Semixlab, Veteksemicon, Kallex (Taiwan), Scientech (Taiwan)
Waktu posting: 09-Jun-2025